一种石油钻机大钩载荷的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种石油钻机大钩载荷的计算方法，包括如下步骤：a.求取入井管柱底部的总水平位移；b.求取垂直引起的作用力；c.求取水平引起的作用力；d.计算大钩载荷。本发明专利技术实现用于预测石油钻机大钩载荷的一种方法，通过井眼轨道或规迹、入井管柱的特性参数等已知条件，确保了计算结果的可靠性；通过经验模型和模型折算系数，确保了数据计算结果的精度；为工程技术人员钻机选型和钻井施工安全评估提供了帮助。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括如下步骤：a.求取入井管柱底部的总水平位移；b.求取垂直引起的作用力；c.求取水平引起的作用力；d.计算大钩载荷。本专利技术实现用于预测石油钻机大钩载荷的一种方法，通过井眼轨道或规迹、入井管柱的特性参数等已知条件，确保了计算结果的可靠性；通过经验模型和模型折算系数，确保了数据计算结果的精度；为工程技术人员钻机选型和钻井施工安全评估提供了帮助。【专利说明】-种石油钻机大钩载荷的计算方法
本专利技术设及油气井工程领域，特别是。
技术介绍
大钩载荷指大钩所承受的轴向力。它是钻机选型及设备配套的重要基础数据之 一，也是进行钻井施工安全评估的重要依据之一。因此，钻井时有效预测大钩载荷是非常重 要的。从钻井、完井及处理复杂事故等过程中，大钩所承受的载荷包括钻机起升系统和管柱 自重、钻井液作用的浮力、弯曲井段弯曲力、井壁作用的摩阻力及遇阻遇卡活动时冲击力等 多种力。其中，弯曲力、摩阻力和冲击力计算相对比较复杂。 目前，现有石油行业推荐标准SY/T 5724-2008《套管柱结构与强度设计》和公开专 著《油气井管柱力学与工程》（中国石油大学出版社，2006年10月出版），公开了直井、二维井 眼和Ξ维井眼的轴向力计算模型，将井眼轨道或轨迹划分为N个微元段，根据静载荷的平衡 原理和不同的数学模型，进行递推计算出不同管柱在不同工况下的轴向力。运种计算方法， 根据不同的井眼轨迹和管柱组合进行微小单元计算并叠加求解，可靠性高，得到钻井行业 技术人员认可。不足之处是计算模型复杂，计算过程繁琐，需要借助专业软件方可得到结 果，不利于钻井作业现场使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，W解决目前采用的计 算模型复杂、计算过程繁琐等问题。 本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是:， 它包括如下步骤： a.根据井眼轨道或轨迹确定关键井深点的数量； b.获取计算的基本数据；[000引C.求取垂直引起的作用力Τν，单位为牛;计算公式为： 式中：j为垂直分段变量，无量纲;qej为第j段垂直管柱单位长度有效重量，单位为 N/m; ΔΗν^为第j段井眼垂直增量，单位为米；[OOW d.求取水平引起的作用力Th，单位为牛;分为W下子步骤： ①、求取入井管柱底部的总水平位移化，单位为米;计算公式为： 式中：i为井深分段变量，无量纲;Ni为第i点的北坐标，Ni-i为第i-1点的北坐标，Ei 为i点的东坐标，Ei-i为第i -1点的东坐标，单位为米；[001引②、求取水平引起的作用力Th，单位为牛;计算公式为： 式中：λ为模型折算系数，无量纲;k为水平分段变量，Wk为第k段摩阻系数，无量纲； qek为第k段水平管柱单位长度有效重量，单位为N/m; Hhk为第k段水平位移长度，单位为米； e.计算大钩载荷T，单位为牛;计算公式为： T = Tv±Th 式中符号"±"的使用方式：当上提管柱时，使用V'号；当下放管柱或钻进时，使用 当管柱静止时，水平引起的作用力化取零计算。 所述步骤C中，垂直分段变量j的上边界m是由入井管串在垂直方向表现出的不同 单位长度重量的数量确定。 所述步骤C中，垂直管柱单位长度有效重量qej是根据W下公式求取： 式中：qsj为第j段管柱在空气中的单位长度重量，单位为kg/m; Pd为钻井液密度，单 位为g/cm3; Ps为管柱管材密度，单位为g/cm3; 管柱在空气中的单位长度重量qsj是根据钻具组合参数中的管柱特性参数确定； 钻井液密度Pd是根据工程设计或现场实际使用钻井液密度确定； 管柱管材密度Ps是根据管柱的特性参数确定。 所述步骤C中，井眼垂深增量ΔΗν^是根据入井管串在井眼轨道或轨迹对应垂直深 度确定。 所述骤d中，井深分段变量i的上边界η是根据井眼轨道或轨迹的关键井深点数量 减1确定。 所述骤d中，水平分段变量k的上边界Ρ是根据入井管串在井眼水平方向表现出的 不同单位长度重量确定。 所述步骤d中，模型折算系数λ是回归求取或推荐使用1.6-2.0中的某一数值； 所述步骤d中，水平管柱单位长度有效重量qek是根据W下公式求取： 式中：qsk为第k段管柱在空气中的单位长度重量，单位为kg/m; Pd为钻井液密度，单 位为g/cm3; Ps为管柱管材密度，单位为g/cm3; 管柱在空气中的单位长度重量qsk是根据钻具组合参数中的管柱特性参数确定； 钻井液密度Pd是根据工程设计或现场实际使用钻井液密度确定； 管柱管材密度Ps是根据管柱的特性参数确定。 本专利技术的有益效果是:本专利技术通过利用井眼轨道或轨迹、入井管柱的特性参数等 条件数据，确保了计算结果的可靠性;通过利用模型折算系数，确保了数据计算结果的精 度;能满足石油行业工程技术人员钻机选型和钻井施工安全评估的需求，依据该专利技术的计 算方法制作计算器计算即可求取大钩载荷。【具体实施方式】 实施例1 任何一个井眼均有垂直井深和水平位移两个参数，入井的管柱主要由钻杆、加重 钻杆和钻挺等钻井管柱或套管柱构成;大钩载荷基于W上数据作为主要已知条件，根据发 明模型分别计算出垂直、水平引起的作用力，叠加或减求取即为不同工况下的大钩载荷。 它包括如下步骤： a.根据井眼轨道或轨迹确定关键井深点的数量； b.获取计算的基本数据； C.求取垂直引起的作用力Τν，单位为牛;计算公式为： 式中：j为垂直分段变量，无量纲;qej为第j段垂直管柱单位长度有效重量，单位为 N/m; ΔΗν^为第j段井眼垂直增量，单位为米； d.求取水平引起的作用力化，单位为牛;分为W下子步骤：[004引1、求取入井管柱底部的总水平位移化，单位为米;计算公式为： 式中：i为井深分段变量，无量纲;Ni为第i点的北坐标，Ni-i为第i-1点的北坐标，Ei 为i点的东坐标，Ei-i为第i -1点的东坐标，单位为米； 2、求取水平引起的作用力化，单位为牛;计算公式为： 式中：λ为模型折算系数，无量纲;k为水平分段变量，Wk为第k段摩阻系数，无量纲； qek为第k段水平管柱单位长度有效重量，单位为N/m; Hhk为第k段水平位移长度，单位为米； e.计算大钩载荷T，单位为牛;计算公式为： T = Tv±Th 式中符号"±"的使用方式：当上提管柱时，使用V'号；当下放管柱或钻进时，使用 当管柱静止时，水平引起的作用力化取零计算。 本专利技术通过利用井眼轨道或轨迹、入井管柱的特性参数等条件数据，确保了计算 结果的可靠性;通过利用模型折算系数，确保了数据计算结果的精度;能满足石油行业工程 技术人员钻机选型和钻井施工安全评估的需求，依据该专利技术的计算方法制作计算器计算即 可求取大钩载荷。[0化引实施例2 所述步骤b中，获取的计算基本数据:完钻井深、垂深、井身结构(包括开次、井眼尺 寸、井深、套管外径及下深）、井眼轨道或数据(包括测深、垂深、井斜角、方位角、北坐标、东 坐标、全角变化率）、钻具组合参数(包括钻具名称、外径、单根长度、单位长度重量、数量、长 度），使用钻井液密度体系名称，密度； 所述步骤C中，垂直分段变量j的上边界m是由入井管串在垂直方向表现出的不同 单位长度重量的数量确定。例如，入井管串垂直方向上为18根Φ 88.9mm钻杆+21根Φ 127mm 加重钻杆+36根Φ 127mm钻杆，其单位长度重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石油钻机大钩载荷的计算方法，它包括如下步骤：a.根据井眼轨道或轨迹确定关键井深点的数量；b.获取计算的基本数据；c.求取垂直引起的作用力Tv，单位为牛；计算公式为：Tv=Σj=1mqejΔHvj]]>式中：j为垂直分段变量，无量纲；qej为第j段垂直管柱单位长度有效重量，单位为N/m；ΔHvj为第j段井眼垂直增量，单位为米；d.求取水平引起的作用力Th，单位为牛；分为以下子步骤：①、求取入井管柱底部的总水平位移Hh，单位为米；计算公式为：Hh=Σi=1n(Ni-Ni-1)2+(Ei-Ei-1)2]]>式中：i为井深分段变量，无量纲；Ni为第i点的北坐标，Ni‑1为第i‑1点的北坐标，Ei为i点的东坐标，Ei‑1为第i‑1点的东坐标，单位为米；②、求取水平引起的作用力Th，单位为牛；计算公式为：Th=λΣk=1pμkqekHhk]]>式中：λ为模型折算系数，无量纲；k为水平分段变量，μk为第k段摩阻系数，无量纲；qek为第k段水平管柱单位长度有效重量，单位为N/m；Hhk为第k段水平位移长度，单位为米；e.计算大钩载荷T，单位为牛；计算公式为：T＝Tv±Th式中符号“±”的使用方式：当上提管柱时，使用“+”号；当下放管柱或钻进时，使用“‑”；当管柱静止时，水平引起的作用力Th取零计算。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宏伟，李欣，刘克强，武自博，牛涛，周珊珊，杨敏，曹建伟，杨宪利，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61